Учебное пособие (к диплому)

В пояснительной записке к дипломному проекту рекомендуется рассмотреть вопросы наладки проектируемой системы управления.

5.4. Методика проведения экспериментальных исследований.

1. Планирование экспериментов1.

Планирование экспериментов – это формулирование условий проведения, согласование режимов работы оборудования (нагрузка, марки топлива, разрешенные переключения и т.п.), решение аппаратурных вопросов (канальность самопишущих графопостроителей, скорость диаграммных лент и пр.), тренды архивных станций.

2. Проведение экспериментов:

1)осуществляется стабилизация заданного режима работы оборудования;

2)из равновесного стационарного состояния объекта оператор наносит возмущение, как правило, поочередно положительного и отрицательного знака; длительность опыта (время между моментами следующих друг за другом возмущений) определяется из условия необходимого времени Т наблюдения переходного процесса, при этом учитывается инерционность исследуемого канала регулирования, время окончания переходных процессов и заданная точность расчета КЧХ исследуемого канала;

3)во время опыта оператор вмешивается в работу оборудования только в случае прогнозирования (возникновения) аварийной ситуации с целью своевременного восстановления нормального режима (в этом случае опыт бракуется);

4)величины возмущений выбираются такими, чтобы сохранялась линейность объекта (проверяется при анализе результата);

5)количество опытов в серии определяется возможностью соблюдения заданных режимных условий (при четкой организации работ опытному инженеру-исследователю удается получить до 10-15 опытов концентрированно во времени);

1 Эксперимент – научно поставленный опыт, целенаправленное изучение вызванного нами явления в точно учитываемых условиях, когда имеется возможность следить за ходом изменения явления и воссоздавать это явление каждый раз, когда налицо те же самые условия.

78

6) сопоставимость серий опытов также определяется прежде всего организационной стороной вопроса, связанного с воспроизведением заданного режима работы оборудования, т.е. с соблюдением идентичности условий эксперимента (в реальных эксплуатационных условиях задача достаточно сложная, требующая четкого знания функциональных возможностей оборудования и глубокого понимания динамики реальных процессов).

3. Предварительный анализ экспериментального материала:

1)экспериментальные переходные характеристики (кривые разгона), принятые к обработке, приводятся к единичному возмущению для каждого знака возмущения;

2)путем эвристического1 анализа с учетом априорной информации выявляются и отбраковываются сомнительные кривые, т.е. семейство кривых разгона формируют из кривых с совпадающими условиями идентификации (при этом опыты одного знака являются независимыми, т.к. разделены во времени, в том числе опытами инвертного характера);

3)несовпадение единичных кривых разгона обуславливается в основном следующими причинами: изменились условия сопоставления, например, нагрузка агрегата (электрическая нагрузка, паропроизводительность, отборы турбины и т.п.), величина нанесенного возмущения

оказалась очень большой и проявились нелинейные особенности объекта, изменилось качество топлива и возрос уровень случайных возмущений – при этом ступенчатый тестсигнал оказался соизмеримым с уровнем случайных эксплуатационных колебаний и кривая разгона имеет неопределенный вид.

4. Обработка результатов эксперимента:

1) определение оценки переходной характеристики, которая должна удовлетворять требованиям несмещенности, состоятельности и эффективности, в частности, необходимо выполнить сопоставление оценок переходных характеристик для разных знаков возмущения (для линейного объекта практически совпадают) и принять решение о возможности (или невозможности) совместной обработки совокупности кривых разгона, т.е. показать, что случайные ошибки в определении

1 Эвристика – совокупность логических приемов отыскания истины.

79

оценки переходной характеристики равномерно играют в общей сумме относительно малую роль;

2) построение границ доверительных интервалов в сечениях оценки переходной характеристики для заданной доверительной вероятности Р (для технических систем, как правило, Р [0,9; 0,95] в предположении нормальности процесса случайных возмущений); при этом корректность проведения эксперимента и обработки его результатов определяется соизмеримостью доверительных интервалов на значения оценки переходной характеристики до нанесения ступенчатых воздействий и в установившемся режиме.

5. Дополнительные замечания:

1)одна из трудностей получения представительности семейства кривых разгона связана с выбором амплитуды испытательного воздействия, величина которого должна быть достаточно малой, чтобы не нарушить справедливость рассмотрения объекта как линейной системы, а также ход технологического процесса, а с другой стороны – максимально возможной, чтобы обеспечить относительно меньший уровень случайных возмущений;

2)другая трудность связана с обработкой участка стационарного режима и отбрасыванием «хвостов» кривых разгона.

Участок стационарного режима (материального, теплового равновесия) реализации кривой разгона практически всегда оказывается ограниченным по условиям проведения эксперимента. Это ведет к ошибке в центрировании начального участка кривой разгона и дает определенное увеличение дисперсии на коэффициент усиления объекта; однако требуемая точность его оценки может быть достигнута увеличением числа опытов в семействе (как правило, 10-20 опытов бывает достаточно для получения удовлетворительной точности оценки переходной характеристики).

Отбрасывание «хвостов» кривых разгона связано с временем Т наблюдения переходной характеристики и точностью численного решения задачи непосредственного пересчета временной характеристики в частотную;

3)в целом сложность получения представительного семейства экспериментальных кривых разгона заключается в отсутствии формальных критериев в оценке экспериментальных данных и требует высокой аккуратности проведения

80

эксперимента; однако разного рода отклонения от заданных условий идентификации и обработка сомнительных кривых в принципе не нарушают строгости общей процедуры, а ведут лишь к снижению (но, как правило, существенному!) точности результата со всеми вытекающими последствиями (своего рода «наказание» за некачественную работу).

Теоретические основы методики обработки экспериментальных кривых разгона изложены в соответствующем разделе дисциплины ГОС «Идентификация и диагностика систем» и в Приложении П5.

5.5. Технология разработки и функционирования демонстрационных версий АСУТП

Под демонстрационной версией АСУТП понимается система, которая отличается от основного (промышленного) прототипа меньшим информационным масштабом (объемом моделируемого технологического оборудования и исполнительных устройств) и ограничениями по режимам работы.

Разработка демонстрационных версий АСУТП осуществляется по технологии, включающей в себя следующие этапы.

1.Постановка задачи разработки демонстрационной

версии:

- выделяем технологические зоны объекта управления; определяем границы, в пределах которых модель будет имитировать управляемое оборудование и режимы его работы; - определяем состав функций реализуемых демонстрационной версией АСУТП; формируем требования к задачам автоматического управления; выделяем функциональные зоны объекта автоматизации (объект разбиваем на технологически разделенные участки и группируем задачи управления по принципу технологической

связанности).

2.Создание подсистемы имитационной модели:

- составляем уравнения связи параметров в модели; выполняем математическое описание технологического оборудования на основе фундаментальных физических законов (сохранения массы, энергии, количества движения и др.) с учетом конструктивных особенностей и режимных параметров технологического объекта;

81

-тестируем и отлаживаем модели на компьютере в системе имитационного моделирования, уточняем коэффициенты модели;

-переносим модели в контроллеры подсистемы "Модель", создаем алгоритмические схемы в системе технологического программирования контроллеров ПИЛОН; реализуем модели средствами ПТК с учётом определённых ограничений,

накладываемых особенностями внутреннего представления сигналов в контроллере1.

3. Создание управляющей подсистемы:

-разрабатываем информационно-управляющие задачи АСУТП (определяем алгоритмы решения задач контроля, сбора

ипервичной обработки информации, сигнализации технологических параметров, дистанционного управления исполнительными механизмами, автоматического регулирования, технологических защит и защитных блокировок, автоматического включения резерва, функционально-группового управления);

-проектируем алгоритмические схемы АСУТП в системе технологического программирования контроллеров "ПИЛОН" и реализуем алгоритмы решения задач в виде технологических программ контроллеров подсистемы "Управление".

-проводим разработку прикладного ПО рабочих станций (заполняем технологическую базу данных, которая содержит в себе описание всех объектов, функционирующих в информационной среде ПТК - датчиков, клапанов, задвижек, регуляторов и др.; проектируем и создаем мнемосимволы, объектные окна и видеограммы в специализированном графическом редакторе Граф-200, т.е. операторский интерфейс).

4. Технологическое программирование контроллеров, физический пуск и доводка системы:

-загружаем технологические программы в контроллеры подсистем "Модель" и "Управление";

-отрабатываем и проверяем все алгоритмы АСУТП с уровня рабочих станций.

1 Модель технологического объекта управления, реализованная средствами ПТК “Квинт”, по своим статическим и динамическим характеристикам позволяет решать необходимые задачи освоения новой технологии управления и демонстрации АСУТП энергоблоков.

82

На «Полигоне АСУТП электростанций» кафедры систем управления разработаны и функционируют демонстрационные версии следующих АСУТП:

−газомазутного котла ТГМП-114 дубль-блока 300 МВт;

−вспомогательного оборудования турбины блока 300МВт;

−газомазутного котла ТГМП-1202 блока 1200 МВт;

−пылеугольного котла ТПЕ-208 с пылесистемой прямого вдувания с молотковыми мельницами ММТ-1500/2510- 740;

−молотковой мельницы ММТ-2000/2590-730К и др. Демонстрационные версии (в части алгоритмического и

математического обеспечения) разработаны по изложенной технологии с учетом эксплуатационных особенностей реального оборудования.

Все созданные демонстрационные версии АСУТП допускают функционирование как в режиме проектирования и наладки, так и в режиме реального времени. Этим они обеспечивают возможность реализации комплексного подхода к изучению на их основе всех этапов создания и эксплуатации АСУТП.

В частности, на демонстрационной версии АСУТП котлоагрегата ТГМП-114 отрабатываются задачи.

•Контроль и регистрация технологического процесса.

Вдемонстрационной версии АСУТП контролируются и регистрируются 37 технологических параметров. Все параметры выводятся на операторскую станцию в виде видеограмм, мнемосмволов, цифровых значений, барографов, списков, графиков и текстовых сообщений. Также ведется регистрация приборных и системных событий и ошибок.

•Технологическая сигнализация.

Включает в себя предупредительную и аварийную сигнализацию. На экране операторской станции реализуется в виде периодической смены цвета фона значений технологических параметров.

•Технологические защиты и блокировки.

Вдемонстрационной версии реализовано 10 защит и 2 блокировки. Часть защит является защитами локального действия (повышение давления пара за котлом – действует на открытие импульсного-предохранительного клапана). Другие защиты являются общеблочными и их срабатывание приводит к полному останову котлоагрегата.

83

•Ручное дисплейное дистанционное управление.

Вдемонстрационной версии реализовано управление как моделируемыми исполнительными устройствами (11 единиц), так и реальными (стойка типовых электрических исполнительных устройств) исполнительными устройствами. Управление исполнительными механизмами осуществляется с помощью манипулятора "мышь" с уровня операторской станции.

•Автоматическое регулирование.

Демонстрационная версия АСУТП реализует три основные задачи по автоматическому регулированию:

-регулирование температуры перегретого пара (двухконтурная система регулирования с дифференциатором);

-регулирование питания котла (каскадная система регулирования с компенсацией внешнего возмущения);

-регулирование подачи топлива на котел (одноконтурная система регулирования).

С уровня операторской станции имеется возможность управления регуляторами: установка режима (автоматический/ручной), изменение задания, включение/ отключение каскадного регулятора и др. С уровня инженерной станции имеется возможность изменения параметров настройки систем регулирования.

• Функционально-групповое управление.

Данные задачи предназначены для управления пуском/остановом оборудования в автоматическом режиме без участия человека. Эти пошаговые действия реализованы в виде

автоматического розжига и автоматического останова шестой горелки.

5.6. Вопросы для дополнительной проработки

Для стадии технологического проектирования к проработке рекомендуются следующие вопросы:

•разработка полигонной версии системы управления;

•реализация модели ТОУ на полигоне АСУТП;

•наладка функций в условиях полигона АСУТП;

•планирование экспериментов по снятию статических и динамических характеристик ТОУ и САУ;

•идентификация объектов и систем управления;

84

•организация монтажных и пуско-наладочных работ по "полевому" оборудованию АСУТП;

•организация монтажных и пуско-наладочных работ по ПТК АСУТП;

•организация режимно-наладочных работ по вводу в

действие функциональных задач АСУТП;

•экспериментальная наладка АСР;

•экспериментальная наладка программ логического управления (автоматический пуск ТОУ, сложные технологические блокировки).

85

Библиографический список к главе 5

1.Чистяков, Сергей Фёдорович. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем управления теплотехническими объектами: учебник для вузов / С.Ф. Чистяков. - М.: Энергия, 1980. - 279 с. : ил.

2.Дудников, Евгений Георгиевич. Основы автоматического регулирования тепловых процессов: учебное пособие для энергетических вузов и факультетов / Е.Г. Дудников. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 264 с.

3.Михайлов Л.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации. Учебное пособие.- Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1987,- 218с.

4.Пугач, Л.И. Контроль за выбросами топливоиспользующих установок и автоматизация технологических процессов по их снижению/ Л.И. Пугач, С.И. Новиков: Учебное пособие.- Новосибирск: Изд. НГТУ, 2000.-208с.

5.Тверской, Юрий Семенович. Автоматизация котлов с пылесистемами прямого вдувания / Ю. С. Тверской. - М. : Энергоатомиздат, 1996. - 256 с.

6.Способ сжигания топлива. Авт. Тверской Ю.С., Андреев Ю.В., Андреев Н.В., Тверской Д.Ю. Патент РФ №2233404.

Приоритет 18.10.2001. Опубл. 27.07.2004, бюлл. №21.

7.Балакирев, Валентин Сергеевич. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления / В. С. Балакирев, Е. Г. Дудников, А. М. Цирлин. - М. : Энергия, 1967. - 232 с. : ил.

8.Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования : справочное пособие / А.С. Клюев и [др.] ; 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1989. - 368 с. : ил.

9.Клюев, Анатолий Степанович. Наладка систем автоматического регулирования барабанных паровых котлов/ А.С.Клюев, А.Т.Лебедев, С.И.Новиков.-М.:

Энергоатомиздат, 1985. - 280 с. : ил.

10.Монтаж средств измерений и автоматизации: cправочное пособие / под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1988. - 254с.

11. Стефани, Евгений Павлович. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов / Е.П.

86

Стефани. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1972. - 376 с. : ил. + 1 отд. л. схем.

12.Ротач, Виталий Яковлевич. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования /

В.Я. Ротач. - М.: Энергия, 1973. - 440 с.

13.Плетнев Г.П., Зайченко Ю.П., Зверев Е.А., Киселев Ю.Е. Проектирование, монтаж и эксплуатация автоматизированных систем управления технологическими процессами.- М.:Издательство МЭИ, 1995,- 316 с., ил.

14.Емельянов, А.И. Практические расчеты в автоматике/ А.И. Емельянов, В.А. Емельянов, С.А. Калинина.-М.: Машиностроение, 1967.-316с.

15.Корецкий, А.С. Эффективность АСУ теплоэнергетическими процессами / А.С. Корецкий, Э.К. Ринкус, Ю.Р. ОстерМиллер и др.: Под ред. А.С. Корецкого и Э.К. Ринкуса.-М.: Энергоатомиздат, 1984.-320с., илл

16.Теория планирования эксперимента / В.И. Асатурян. - М.: Радио и связь, 1983. – 248 с.

17.Освоение новой технологии АСУТП в учебно-научном процессе энергетического университета / Ю.С. Тверской, С.А. Таламанов, А.В. Голубев // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2004. - №6. - С. 6 - 9.

18.Тверской Ю. С. О формировании технической политики электростанций по модернизации систем контроля и управления и созданию полнофункциональных АСУТП / Ю. С. Тверской, С. А. Таламанов, А. В. Мурин и др. //Электрические станции. – 2002. - №1. - С. 10 - 12.

19.Фонд экспериментальных динамических характеристик

Ю.С. Тверской // Теплоэнергетика, 2005, №10. – С.32-35.

20.Тверской, Юрий Семенович. Имитационные модели технологического оборудования в составе полигонных версий АСУТП тепловых электростанций (опыт реализации и перспективы промышленного применения) / Ю.С. Тверской, С.А. Таламанов, А.В. Голубев, А.Н. Никоноров // Сб. докл. Всерос. научн. конф. «Управление и информационные технологии» . Т.2. - Санкт-Петербург,

ЛЭТИ. - 2003. - С. 147 - 151.

21.Тверской, Юрий Семенович. Задачи и проблемы совершенствования АСУТП энергоблоков в направлении их

87